2.3胚胎工程教学设计-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

课题 第2章 第3节 胚胎工程(2-3个课时) 时间 教材分析 第3节《胚胎工程》,主要介绍了胚胎工程的理论基础和胚胎工程技术及其应用。课本先从包括精子获能、卵子的准备和受精阶段的受精过程开始,然后介绍了包括桑葚胚、囊胚和原肠胚的胚胎早期发育过程。 学情分析 教学目标 1.简述受精和胚胎早期发育的基本过程。 2.简述体外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步骤和应用价值。 3.运用胚胎工程的基本概念和原理,对生产、生活中的相关问题进行分析与判断。 4.认同在胚胎工程技术的发展和应用中体现了科学、技术和社会的互动关系。 教学重难点 1.教学重点 (1)受精的基本过程。 (2)胚胎早期发育的基本过程。 (3)胚胎工程的主要技术及其原理。 (4)胚胎工程在生产实践中的应用。 2.教学难点 (1)受精过程中精子和卵子的生理变化。 (2)胚胎工程中胚胎移植的生理学基础和基本操作步骤。 教学内容及流程 学习任务 教学过程 备注 新课导入 【回顾旧知】细胞工程:应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学的原理和方法,通过细胞器、细胞或组织水平的操作,有目的地获得特定细胞、组织、器官、个体或其产品的综合性生物工程。 【教师讲述】胚胎工程:对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理,将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代,满足人类各种需求。技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等,许多技术是体外模拟动物自然受精和早期胚胎发育的条件。 胚胎工程的理论基础 【教师讲述】哺乳动物的受精 1.概念:受精是精子和卵子结合形成合子(受精卵)的过程,场所为输卵管内,受精前需完成精子获能和卵子准备两个阶段。 2.准备阶段 1 - 精子获能 (1)精子的发生 场所:睾丸的曲细精管 时期:初情期至生殖机能衰退 过程:分三个阶段 ①精原细胞 有丝分裂 大量精原细胞 部分染色体复制 初级精母细胞; ②初级精母细胞 MI 2 个次级精母细胞 MII 4 个精子细胞; ③精子细胞 变形 精子。 精子变形过程及成熟精子结构: ① 高尔基体 顶体;② 细胞核 精子头;③ 中心体 尾;④ 线粒体 线粒体鞘;⑤ 细胞内其他物质 原生质滴(球状,最后脱落);成熟精子细胞质极少。 (2)精子获能现象 1951 年张明觉(美籍华人,“试管婴儿先驱”)和澳大利亚学者奥斯汀发现该现象,命名为 “张 — 奥原理”,为哺乳类卵子体外受精奠定理论基础;1959 年张明觉首次实现兔子精卵体外结合并发育正常。 概念:刚排出的精子需在雌性动物生殖道发生相应生理变化后,才能获得受精能力(并非获得能量)。 获能方法:利用雌性动物生殖道;将精子培养在含 Ca + 载体、肝素等的获能液中。 3.准备阶段 2 - 卵子的准备 (1)卵子的发生 场所:卵巢(卵泡中),排出后在输卵管内进一步成熟 时间:胚胎在性别分化后 过程:分裂不连续,有两次暂停;卵泡 = 卵泡细胞 + 未成熟卵细胞;排卵是卵子从卵泡中排出(非卵泡从卵巢排出),一个卵泡仅形成一个成熟卵子。 卵子成熟程度:排出的卵子成熟度不同,马、犬排出的是初级卵母细胞,猪、羊、牛等排出的是次级卵母细胞;卵子排出后需在输卵管内发育至M 期,才具备与精子受精的能力,一般排出 2 - 3h 后才能被精子穿入。 (2)精子与卵子的发生比较表格 顶体反应:精子头部的顶体与卵子相遇时,顶体释放顶体酶,可溶解透明带等物质。 透明带反应:一个精子穿过透明带,触及卵细胞膜的瞬间,会产生阻止后来精子进入透明带的反应。是防止多个精子入卵的第一道屏障。 卵细胞膜作用:精子入卵后,卵细胞膜会立即发生一种生理反应,拒绝其他精子再进入卵内,是防止多精入卵的第二道屏障。 机体在长期进化过程中形成的、用来保障本物种延续的机制 3. 早期胚胎发育 4. 不同动物受精卵发育及入子宫特点: 发育程度最高:马(入子宫时为囊胚阶段); 胚胎移植阶段:小鼠至少选桑葚胚;牛自然状态 8 - 16 细胞入子宫,实践中选囊胚(提高发育率和妊娠率)。 体内受精和胚胎发育研究的意义:是胚胎工程的理论基础,人们在认识自然规律的基础上,体外模拟实现:卵母细胞体外成熟、精子体外获能、精卵体外受精、受精卵人工培养发育。 让学生了解精子和卵子的结构以及这些结构具有的功能,可以帮助他们形成结构与功能观。 胚胎工程技术及其应用 【教师讲述】 1. 体外受精 (1)精子处理 取新鲜或解冻的精液,离心处理去除精浆 / 精清(精清含抑制精子获能的物质),提取高纯度精子,在获能液中完成获能。 (2)卵子处理 从卵巢获取卵母细胞,体外培养至M 期。 (3)体外受精 将获能精子与 M 期卵母细胞共同培养在专用受精溶液中,完成受精形成受精卵,后续进行受精卵培养。 2. 胚胎移植 (1)概念 将雌性动物体内的早期胚胎,或通过体外受精及其他方式得到的胚胎,移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物体内,使之继续发育为新个体的技术。 供体:提供胚胎的个体,主要职能是生产具有优良遗传性状的胚胎; 受体:接受胚胎的个体,承担妊娠和育仔任务; 地位:胚胎工程其他技术(转基因、核移植、体外受精等)的最后一道 “工序”,任何技术获得的胚胎都需移植才能获得后代。 (2)试管动物与克隆动物比较表格 (3)胚胎移植的生理学基础表格 (4)胚胎移植的流程(以良种牛为例) 供、受体选择与同期发情处理:选择生产和遗传性能优良的供体母牛、健康且繁殖能力正常的受体母牛;用激素(主要孕激素,配合前列腺素、促性腺激素)进行同期发情处理,使二者生理状态同步; 供体超数排卵处理:用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理,获得更多卵母细胞; 配种 / 人工授精:超数排卵的母牛发情后,选择同种优秀公牛进行自然配种或人工授精; 胚胎收集(冲卵):配种 / 输精后第 7 天,用特制冲卵装置将供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来; 胚胎质量检查:检查胚胎发育阶段,需达到桑葚胚或囊胚阶段; 胚胎保存 / 移植:直接移植,或放入 - 196 的液氮中保存; 胚胎移植:分手术法(引出受体子宫和卵巢,将胚胎注入子宫角,缝合创口)和非手术法(将胚胎移植管送入受体子宫相应部位,注入胚胎); 妊娠检查:对受体母牛进行是否妊娠的检查; 分娩:受体母牛产下具有优良性状的犊牛。 (5)胚胎移植相关思考 移植时期:桑葚胚或囊胚期; 犊牛性状 / 性别决定:性状取决于供体母牛和公牛,性别取决于公牛的精子类型; 两次使用激素的作用:第一次为同期发情处理(供、受体),第二次为超数排卵处理(供体,促性腺激素); 两次检查:第一次冲卵后胚胎质量检查,第二次对受体妊娠检查; 胚胎正常发育的条件:需移植到同种、生理状态相同、有正常孕育能力的受体子宫,移植前需对受体同期发情处理。 (6)胚胎移植的现状和意义 核心优势:充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力; 具体意义:供体仅生产优良遗传性状的胚胎,妊娠育仔由受体承担,缩短供体繁殖周期;供体超数排卵后可获得多枚胚胎,移植后获得多个后代,后代数为自然繁殖的十几到几十倍; 本质概括:早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移(供、受体生理环境高度一致是移植成功的关键)。 3. 胚胎分割 (1)概念 采用机械方法将早期胚胎切割成 2 等份、4 等份或 8 等份等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术;来自同一胚胎的后代遗传物质相同,属于动物无性繁殖 / 克隆方法之一。 (2)仪器设备 体视显微镜和显微操作仪。 (3)操作步骤 选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚 移入盛有操作液的培养皿 在显微镜下用分割针 / 分割刀片分割胚胎 分割后的胚胎直接移植,或体外培养后再移植。 (4)注意事项 分割均等:分割囊胚的内细胞团必须均等,否则内细胞团少的部分发育受阻、不良甚至不能发育; 分割份数不宜过多:份数越多,每一份细胞数越少,内细胞团受影响越大,技术难度和移植后恢复发育难度增加,成功率降低。 (5)胚胎分割的优点 促进优良动物品种的繁殖; 遗传性状相同的后代为遗传学研究提供宝贵材料; 移植前可进行性别鉴定、遗传病筛查,利于人工控制动物性别、繁育健康后代。 在阅读教材的前提下,让学生带着问题去探究胚胎移植的相关知识点,使知识的获得具有成就感,最后再通过绘制胚胎移植流程图将相关知识进行汇总,不仅注重了知识的学习,也注重了能力的培养。 引导学生在阅读教材的基础上,沿着教师给出的问题慢慢了解胚胎分割的相关知识点,最后再引导小组成员相互简述有关胚胎分割的知识点,并对相关知识点进行总结、巩固。 小结与练习 【课堂小结】同板书 【课堂练习】处理教材中的思考讨论、练习与应用,处理双导学案和分层作业 引导学生关注知识内容的梳理,尝试构建概念图。 板书设计 2.3胚胎工程 第3节 胚胎工程 胚胎工程的理论基础第1课时 一、胚胎工程 1.概念 2.主要技术手段 二、胚胎工程的理论基础 1.受精 (1)受精前的准备阶段 精子获能和卵子的准备 (2)受精阶段 精子穿越透明带等结构——精子接触卵细胞膜——精子入卵——雌、雄原核形成 雌雄原核靠近——核膜消失 2.胚胎早期发育 桑葚胚囊胚——原肠胚 第2课时 胚胎工程技术及其应用 一、体外受精 1.步骤:卵母细胞的采集、精子的获取、受精 2.意义:提高动物繁殖能力、提供胚胎 二、胚胎移植 1.步骤 2.地位:胚胎工程的最终技术环节 3.优势:充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 三、胚胎分割 1.仪器 2.选择:桑葚胚或囊胚 3.要点:内细胞团均等分割 作业布置 【课后作业】1.完成分层训练课后素养评价、2.完成双导学案对应内容和下一节问题式预习部分 教学反思 通过一些简化的问题,将相关的知识点细化,再通过学生自己总结将相关知识点总结,实现了知识点的化整为零,再进行了知识点的系统化。在对早期胚胎发育过程的探讨时,先通过对牛早期胚胎发育过程的视频观察和分析,然后阅读课本,再通过一道填空题,将比较重要的知识点在题中进行强化;最后组织各小组成员相互讲解早期胚胎发育的过程,除了巩固了相关知识点,更培养了学生的语言表达能力和团队合作精神。 使学生对胚胎工程的应用有更深的了解,引导学生通过阅读、分析、绘制流程图、比较来认识体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术手段,突出了技术与人类生产生活实际的关系,认同理论和技术的发展对胚胎工程的影响。教学中注重比较和分析,在这个过程中培养了学生的总结归纳以及把抽象的内容具体化的能力,培养学生讨论交流的合作意识。 学科网(北京)股份有限公司 学科网(北京)股份有限公司 $